2: Biên dạng cam nhiên liệu thoải (qi nhỏ).
Cĩ thể dùng thơng số sau để phân tích đường cong của qúa trình cháy đĩ là: 1 i
tb
y ϕ
ϕ
= − (3-5)
Ở đây: ϕi: là gĩc quay trục khuỷu tương ứng với thời gian chuẩn bị cháy.
tb
ϕ : là gĩc cấp nhiên liệu tồn bộ.
Thơng số trên cịn được gọi là tiêu chuẩn khống chế qúa trình do D.Travropski đưa ra.
Từ (3-5) cĩ thể nhận thấy:
Khi ϕi = ϕtb → y = 0 trường hợp này ϕi = ϕtb, qúa trình cháy diễn ra khơng khống chếđược.
Khi y tăng dần đến 1 tức là ϕi giản dần dến 0, việc khống chế qúa trình
cháy tăng lên.Khi y = 1 (ϕi = 0) qúa trình cháy khống chế được hồn tồn. Thực tếđiều này khơng thể xảy ra được với các động cơ diesel.
Khi y < 0 thời gian chuẩn bị cháy dài hơn thời gian cấp nhiên liệu tồn bộ. Trong thực tế, trường hợp này cĩ thể xảy ra trong qúa trình khởi động động cơ diesel ở trạng thái nguội lạnh.
Khi ϕi giảm xuống, y tăng lên, qúa trình cháy tiến dần đến qúa trình cháy nhanh, hiệu suất chỉ thị của động cơ tăng và đồng thời các thơng số động của chu trình cũng tăng theo. Các động cơ diesel tàu thủy cơng suất lớn, giá trị của y nằm trong khoảng 0,55 ÷ 0,80.
Giai đoạn 4 của qúa trình cháy là hậu qủa của tất cả các giai đoạn trước. Càng rút ngắn được thời gian của giai đoạn 4 thì tính kinh tế của động cơ càng tăng, trạng thái nhiệt của các chi tiết nhĩm piston xy lanh càng đảm bảo. Giảm tốc độ quay của động cơ, tăng hệ số dư lượng khơng khí α hoặc cải thiện chất lượng phun sương và tạo hỗn hợp là những biện pháp hữu hiệu nhằm rút ngắn giai đoạn cháy rớt này. Tuy nhiên giai đoạn 4 này vẫn tồn tại trong tất cả các động cơ diesel.
3.3 Qúa trình tạo hỗn hợp
Qúa trình hình thành khí hỗn hợp trong động cơ Diesel được diễn ra ngay trong buồng đốt của động cơ. Ở cuối kỳ nén, nhiên liệu được phun vào trong xy lanh động cơ dưới dạng các hạt sương mịn, cĩ kích thước nhỏ và đồng đều, đồng thời các hạt nhiên liệu cần phải được phân bố đều trong tồn bộ thể tích buồn cháy. Mỗi tia nhiên liệu cần đảm bảo độ xa xác định để xuyên qua khơng khí nén tới gần bề mặt của buồng cháy và đồng thời khơng đọng lên các bề mặt của buồng cháy. Các chùm tia nhiên liệu phải cĩ hình dạng, hướng và số lượng các tia phù hợp với hình dạng và thể tích buồng cháy.
3.3.1 Tia nhiên liệu
Sự phân hủy tia nhiên liệu thành những hạt sương nhỏ trong buồng cháy phụ thuộc vào các yếu tố như sức cản khí động của khơng khí trong buồng đốt, sức kéo bề mặt của tia nhiên liệu, lực hấp dẫn của nhiên liệu và nội lực xuất hiện khi nhiên liệu cháy. Sức cản khí động của khơng khí phụ thuộc vào vận tốc tương đối của nhiên liệu và khơng khí, đồng thời vào mật độ của khơng khí. Lực cản của mơi trường cố tách các phần tử nhiên liệu nằm trên bề mặt tia ở mọi phía, cịn các lực kéo bề mặt và lực hấp dẫn bên trong của nhiên liệu đối kháng với lực cản của khơng khí nhằm giữ cho tia nhiên liệu được nguyên vẹn.
Sự kích động ban đầu trên bề mặt của tia nhiên liệu xuất hiện do kết qủa của hàng loạt các nguyên nhân: sự chảy rối của nhiên liệu trong lỗ phun, hình dạng mép đầu và cuối của lỗ phun, độ nhẵn bề mặt lỗ phun, sự cĩ mặt của các bĩng hơi trong nhiên liệu. Ngồi những yếu tố trên cịn phải kể đến tác dụng bổ sung nhiên liệu liên tục, tức là tia nhiên liệu liên tục được bổ sung những phần tử nhiên liệu mới cĩ động năng lớn, gây chèn ép lên nhau của các phần tử nhiên liệu. Như vậy lực kích động ban đầu và lực cản khí động của khơng khí nén trong buồng cháy cĩ khuynh hướng xé tia nhiên liệu thành những giọt sương.
Độ mịn của các hạt nhiên liệu được thể hiện qua đường kính trung bình của các hạt trong tia nhiên liệu. Động cơ cĩ tốc độ quay càng cao, thời gian tạo hỗn hợp ngắn thì càng yêu cầu phải phun mịn, đặc biệt là trong các động cơ cĩ buồng cháy thống nhất. Theo các số liệu thực nghiệm, đưịng kính trung bình của các hạt nhiên liệu thơng thường khoảng 20 ÷ 25 μm.
Để qúa trình phun sương tốt cần phải đảm bảo tốc độ của nhiên liệu đi qua các lỗ phun đạt giá trị tương đối lớn. Tốc độ này cĩ thể được tính như sau
. 2 . p c.104 v nl p p w ϕ g γ − = (m/s) (3-6) Trong đĩ: ϕv: là hệ số dịng chảy pp: Áp suất phun nhiên liệu (kG/cm2) pc: Áp suất trong xy lanh cuối kỳ nén (kG/cm2) nl
γ : Trọng lượng riêng của nhiên liệu (kg/m3) Từ đĩ áp suất phun được tính: v c nl p P g W P = 2 2 4 + 10 . 2 . . ϕ γ
Thơng thường, tốc độ của nhiên liệu đi qua các lỗ phun nằm trong khoảng 250 ÷ 400 (m/s), cịn hệ số dịng chảy ϕv = 0,7 ÷ 0,8.
Để xác định chất lượng phun nhiên liệu thơng thường phải dùng phương pháp thực nghiệm. Trên cơ sở thực nghiệm người ta sẽ xây dựng đường đặc tính
phun nhiên liệu. Dùng đường đặc tính phun nhiên liệu, ta cĩ thể đánh giá được chất lượng phun nhiên liệu.
Hình 3-5 cho phép ta đánh giá chất lượng phun sương trong 3 trường hợp: Đường 1: Chất lượng phun sương tốt, các hạt sương nhiên liệu nhỏ và đều.
Đường 2: Chất lượng phun khơng tốt, các hạt cĩ đường kính lớn và khơng đều nhau.
Đường 3: Chất lượng phun đều nhưng đường kính hạt lớn, sương nhiên liệu thơ. Như vậy khi các nhánh của đường đặc tính càng dốc thì độ phun càng đều, các hạt cĩ kích thước càng gần nhau. Nếu đỉnh của đường cong càng sát trục tung thì độ phun sương càng mịn.
Hình 3-5: Các đường đặc tính phun nhiên liệu
Trong một tia nhiên liệu, đường kính, mật độ và vận tốc của các hạt nhiên liệu cũng khác nhau. Khi nhiên liệu được phun vào trong xy lanh của động cơ, vận động của các hạt nhiên liệu thường cuốn theo cả lớp khơng khí bao quanh làm giảm tốc độ tương đối của các hạt so với khơng khí, làm giảm sức cản khí động của khơng khí, mặt khác cịn làm cho các phần tử khơng khí thâm nhập vào trong tia dồn cả ra mặt ngồi của tia. Phần nhiên liệu phun trước gặp sức cản của khí động lớn nên tốc độ bị giảm xuống, cịn các phần nhiên liệu phun sau được phun vào mơi trường mà tia nhiên liệu đang vận động nên tốc độ của nĩ giảm ít hơn. Vì vậy các hạt nhiên liệu phun sau thường đuổi kịp các hạt nhiên liệu phun trước và gạt số nhiên liệu phía trước ra ngồi rồi đi vào khu vực của mũi tia. Chính vì vậy, tia nhiên liệu gồm cĩ hai phần là phần lõi tia và phần vỏ tia (Hình 3-6).
Hình 3-6 Tia nhiên liệu